浅埋深工作面覆岩“悬臂梁-铰接岩梁”结构的提出与验证

摘要

浅埋深煤层开采后,受其特殊的地质赋存条件影响,覆岩中无法形成完整“三带”,所形成的承载结构也不能稳定存在,结构失稳后形成浅埋深煤层特殊的顶板来压特征。以浅埋煤层特殊的顶板破断及运动特征为基础,通过相似模拟和离散元模拟2种方法探索浅埋深长壁工作面岩层破断运动特征及覆岩结构形式,提出浅埋深工作面覆岩中“悬臂梁-铰接岩梁”组合岩层结构,其中,基本顶破断后形成铰接岩梁结构,承担其自身及“悬臂梁”下方软弱岩层载荷,并受悬臂梁断裂下沉载荷影响,其失稳载荷通过直接顶作用于工作面支架上;基本顶上部岩层形成悬臂梁结构,承担其自身及覆盖松散层载荷,其断裂下沉步距要大于“铰接岩梁”失稳步距;两级岩层结构所处层位不同,其形成与失稳活动共同影响回采空间。结合典型浅埋深工作面的矿压及地表下沉规律实测结果,对所提出的“悬臂梁-铰接岩梁”组合结构进行了验证。通过对“悬臂梁-铰接岩梁”两级岩层结构受力状态进行分析,得到“悬臂梁”断裂下沉而引起“铰接岩梁”结构在煤壁处出现滑落失稳是造成浅埋深长壁工作面顶板沿煤壁切落、形成压架事故的根本原因,是影响工作面安全回采的顶板载荷主要来源,并以此为基础提出浅埋深条件下工作面切顶灾害的控制原则。